基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108900128A(43)申请公布日2018.11.27(21)申请号201811035493.7(22)申请日2018.09.06(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市人民大街5988号(72)发明人赵海艳陈虹冯宇驰(74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100代理人白冬冬(51)Int.Cl.H02P21/13(2006.01)H02P21/14(2016.01)H02P21/20(2016.01)H02P6/10(2006.01)H02P6/34(2016.01)权利要求书3页说明书11页附图8页(54)发明名称基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法(57)摘要一种基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法，属于控制技术领域。本发明的目的是基于扩展卡尔曼估计和模型预测控制的电动汽车轮毂电机驱动控制系统能很好的改善现有技术存在缺点的基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法。本发明首先利用扩展卡尔曼原理，完成电机驱动系统估计器设计，其次将估计器得到的转矩和磁链值作为反馈值，连同参考给定值传递给电机控制系统控制器，最后通过求解目标函数对应的最优控制问题，完成系统对电机转矩和磁链快速准确的跟踪控制。本发明有效避免了复杂的坐标变化和电机模型中电流量耦合问题，降低了系统的复杂度，提高了系统的动态响应速度和系统控制效果的直观性、可靠性。CN108900128ACN108900128A权利要求书1/3页1.一种基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：电机的相关参数如表1所示：表1永磁同步电机相关参数永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型如下：电压方程:磁链方程:电磁转矩方程：1、扩展卡尔曼估计估计器的目的是利用可测量的ud、uq、id、iq作为EKF估计器的输入，通过估计器计算得到实时的和作为控制器的反馈量；a、对状态变量进行估计得出估计值：x(k+1/k)＝x(k)+T*(f(x(k),u(k)))(4)b、状态估计值所对应的协方差矩阵：2CN108900128A权利要求书2/3页c、滤波增益用如下公式进行表示：T-1K(k+1)＝Pk+1/k*H*[HPk+1/kHT+R](6)d、状态更新之后所对应的状态误差协方差阵：Pk+1＝Pk+1/k-K(k+1)*H*Pk+1/k(7)e、状态更新之后的最优估计值：x(k+1)＝x(k+1/k)+K(k+1)(y(k+1)-h(x(k+1),u(k+1)))(8)由以上公式得到磁链的最优估计值，根据坐标变换和公式(3)可得到转矩的反馈值；2、基于模型预测控制的电机驱动系统控制器1)逆变器建模定义逆变器三相相电压为式中，udc为直流电源的电压值，uiN表示三相电压(i为a、b或c)，由于上下桥臂的开关闭合状态正好相反，可用Sa、Sb、Sc表示三相逆变器的开关闭合状态Sx(x＝1，2，...，6)；上式(9)经过Clarke得：经过Park变换得：由(9)、(10)、(11)得：2)PMSM建模由公式(1)、(2)、(3)得电压的状态方程为：磁链的状态方程为：定义电机转矩和磁链为：3CN108900128A权利要求书3/3页3)逆变器和PMSM一体化建模T选择电机转矩和磁链为状态量，即x＝[Teψs]，选择三相逆变器的开关信号为控制量，T即u＝[SaSbSc]，选择系统的时变参数为d＝ψd，则系统状态方程为：式中，由以上步骤可完成MPC控制器的实现，选取使转矩与磁链预测值与期望值误差最小的J作为目标函数：将可选不同开关组合所对应的各项值代入目标函数J，筛选得到目标函数值最小时对应的开关组合作为控制器输出的控制量。2.权利要求1所述的基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：具体控制过程表述为：首先通过传感器测量和计算，得到电压反馈量ud、uq和电流反馈量id、iq，将数据传递给EKF估计器模块，通过公式计算可得当前时刻磁链估计值和转矩估计值将估计值和给定值传递给MPC控制器，经过最优计算得到控制器输出控制量Sa、Sb、Sc作用于三相逆变器，然后得到控制电机的三相电压完成对PMSM的控制。4CN108900128A说明书1/11页基于模型预测控制的永磁同步电机直接转矩控制方法技术领域[0001]本发明属于控制技术领域。背景技术[0002]随着人们对生活质量的不断追求和汽车工业的快速发展，近些年我国的汽车保有量持续稳定增长，石油对外依存度不断提高，已严重威胁到我国的能源安全。大量燃油汽车使用进一步加剧了环境的恶化。由于电动汽车高能效、零排放、低污染的优势已然成为了未来汽车的发展趋势。我国自2001年就已经开始实施了针对电动汽车的电池、